Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
1.5. ГИС-ТЕХНОЛОГИИ В ЭКОЛОГИЧЕСКОМ КАРТОГРАФИРОВАНИИ
В настоящее время наблюдается развитие нового этапа в геоэкологическом картографировании – геоинформационного картографирования, предусматривающего создание и анализ картографических изображений на базе географических информационных систем (ГИС). Одна из основных функций ГИС – создание и использование компьютерных (электронных) карт, атласов и других картографических произведений [Берлянт, 2001].
Вовлечение геоинформационных технологий в процесс геоэкологических исследований обусловило резкий скачок количества эколого-картографической продукции и ее качества. Это вызвано, во-первых, тем, что применение геоинформационных технологий значительно повышает оперативность геоэкологического картографирования, неоценимую для проведения мониторинга загрязнения, слежения за конкретными его источниками и т.д. Во-вторых, современное программное обеспечение помогает сводить в единую систему разные источники информации: картографические, текстовые, материалы дистанционного зондирования, базы данных, графики и пр. В-третьих, при использовании геоинформационных технологий стало возможным создание и оперирование геоэкологическими моделями территорий с помощью оверлейных процедур, цифровых моделей рельефа и др. [Новаковский и др., 2005].
ГИС подразделяются по проблемной ориентации (тематике). Созданы специализированные земельные информационные системы (ЗИС), кадастровые (КИС), городские или муниципальные (МГИС), ГИС для целей предотвращения и локализации последствий чрезвычайных ситуаций (ГИС для целей ЧС) и др. [Кошкарев и др., 2002]. Видное место среди них занимают экологические геоинформационные системы (ЭГИС, ЭкоГИС), предназначенные для решения научных и прикладных задач инвентаризации, анализа, оценки, прогноза и управления экологическими ситуациями. Их основная функция – информационно-картографическое обеспечение принятия управленческих решений.
Основу экологических информационных систем составляют базы цифровых экологических данных и автоматические картографические системы с подсистемами ввода, логико-математической обработки и вывода данных. Информация организуется в систему «слоев», содержащих цифровые данные о компонентах среды – рельефе местности, гидрографии, ландшафтах, почвах, растительности, административном делении, источниках воздействия на среду, показателях загрязнения и т.д. На этой основе выполняются программы анализа, сопоставления слоев, их преобразования с целью получения новой информации, необходимой для тех или иных экологических решений. Информационное обеспечение таких систем – экологические карты и атласы, аэро- и космоснимки, статистические и гидрометеорологические данные, результаты экологических исследований.
Базы данных делятся на два типа: картографической информации (цифровые топографические и тематические карты, аэро- и космоснимки) и атрибутивной (описательной). Например, в атрибутивную базу данных «ГИС–нефтепромысел» включены данные химических анализов природных сред за разные годы, описания почвенных профилей, климатические, гидрологические, геоморфологические, инженерно-геологические, геоботанические и другие характеристики природных компонентов ландшафта, полученные на ключевых участках и вдоль трассовых маршрутов, словесные описания состояния элементов обустройства нефтепромыслов и трассы нефтепровода [Макаров и др., 2004].
Структуру ГИС обычно представляют как набор информационных слоев. К примеру, базовый слой содержит данные о рельефе, затем следуют слои гидрографии, дорожной сети, населенных пунктов, почв, растительного покрова, распространения загрязняющих веществ и т.д. В процессе решения поставленных задач слои анализируют по отдельности или совместно в разных комбинациях, выполняют их взаимное наложение (оверлей) и районирование, рассчитывают корреляции и т.п.
При создании ГИС главное внимание всегда уделяют выбору географической основы и базовой карты, которая служит каркасом для последующей привязки, совмещения и координирования всех данных, поступающих в ГИС, для взаимного согласования информационных слоев и последующего анализа с применением оверлея. В экологических ГИС в качестве базовых чаще всего используют топографические карты, ландшафтные и использования земель.
При цифровании карт всю графическую информацию с них следует разносить по отдельным слоям, причем это относится даже к однотипным данным. Подобное структурирование исходных картографических слоев в дальнейшем облегчает возможность манипулирования ими при создании разнообразных картографических основ и производных тематических карт.
Функции ГИС очень обширны – в некоторых сводках их число доходит до 150, причем некоторые позиции представляют не одну, а целую группу технологических операций. О двух функциональных группах следует сказать особо – это пространственный анализ (геоанализ) и пространственное моделирование (геомоделирование), составляющие технологическое ядро ГИС.
В составе пространственного анализа одной из важнейших функций является цифровое моделирование рельефа – создание и обработка цифровых моделей рельефа (ЦМР) [Кошкарев и др., 2002]. Использование ЦМР предполагает расчет разнообразных «частных характеристик» рельефа, под которыми понимаются производные от функции высот значения углов наклона, экспозиций и формы склонов. ЦМР широко используются для решения задач геоэкологического картографирования, прежде всего, оценки эрозионной опасности, которая рассчитывается как функция набора геолого-геоморфологических, почвенных и климатических параметров, включая морфометрические (углы наклона и экспозиции), а также характеристик использования земель.
Другая сфера приложения ЦМР – это моделирование поверхностного стока и механизма миграции загрязнений. В качестве примера можно привести проект экологической оценки территории Новосибирского Академгородка средствами ГИС. В процессе работы были получены производные слои и карты углов наклона, экспозиций и направлений стока, которые затем были использованы для оценки направлений поверхностного стока локальных загрязнителей. В итоге комплексный пространственный анализ данных привел к заключению, что изначальная планировка Академгородка представляла собой экологически продуманный проект, сочетающий жилую застройку и научно-исследовательский комплекс, эффективно встроенные в рельеф и ландшафтное окружение.
Геомоделирование предполагает возможность построения и использование моделей объектов с пространственно-распределенными параметрами, в том числе пространственно-временных моделей динамики процессов. Геомоделирующие функции могут быть встроены в программное обеспечение ГИС; обычно это математико-статистическая обработка данных о пространственных размещениях и временных рядах, межслойный корреляционный и регрессионный анализ взаимосвязей разнотипных объектов, отдельные геоимитационные модели «поведения» геосистем: эрозии почв, диффузии эпизоотий, лесных пожаров, наводнений, распространения загрязнений в атмосфере крупных индустриальных центров, сейсмической активности или последствий техногенных аварий.
В качестве примера можно рассмотреть возможности математических моделей, ориентированных на различные аварийные ситуации и стихийные бедствия. С помощью математических моделей можно прогнозировать обстановку, оценивать опасность природного или техногенного воздействия, рассчитывать поле этого воздействия, ущерб от него, вырабатывать план действий. Так, авторами уже упоминавшейся «ГИС–нефтепромысел» была разработана математико-картографическая модель, позволяющая определять наиболее вероятные направления утечек нефти и возможную площадь загрязнения от каждой эксплуатационной скважины и планировать место размещения систем защиты от аварийных разливов.
К настоящему времени круг областей использования ГИС-технологий для решения экологических задач очерчен довольно четко.
Деградация среды обитания. ГИС с успехом используются для создания карт основных параметров окружающей среды, которые в дальнейшем незаменимы при выявлении масштабов и темпов деградации ее основных компонентов. При вводе данных дистанционных и полевых наблюдений с их помощью можно осуществлять мониторинг местных и широкомасштабных антропогенных воздействий. Данные об антропогенных нагрузках целесообразно наложить на карты зонирования территории с выделенными областями, представляющими особый интерес с природоохранной точки зрения. Оценку состояния и темпов деградации природной среды можно проводить и по выделенным на всех слоях карты тестовым участкам [Основы…, 2004].
Загрязнение. С помощью ГИС удобно моделировать распространение загрязнения от различных источников на местности, в атмосфере и по гидрологической сети. Результаты модельных расчетов можно наложить на природные карты, например, карты растительности, или же на карты жилых массивов в данном районе. В результате можно оперативно оценить ближайшие и будущие последствия таких экстремальных ситуаций, как разлив нефти и других вредных веществ, а также влияние постоянно действующих точечных и площадных источников загрязнения.
Охраняемые территории. Еще одна сфера применения геоинформационных систем – сбор и управление данными по охраняемым территориям. В пределах охраняемых районов можно проводить мониторинг растительных сообществ, ценных и редких видов животных, определять влияние антропогенных вмешательств, планировать и доводить до реализации природоохранные мероприятия. Возможно выполнение и многопользовательских задач – регулирование выпаса скота и прогнозирование продуктивности земельных угодий.
Мониторинг. По мере расширения и углубления природоохранных мероприятий одной из основных сфер применения ГИС становится слежение за последствиями предпринимаемых действий на локальном и региональном уровнях. Источниками обновляемой информации могут быть результаты наземных съемок для дистанционных наблюдений. Использование ГИС эффективно и для мониторинга условий жизнедеятельности местных и привнесенных видов, выявления причинно-следственных цепочек и взаимосвязей, оценки благоприятных и неблагоприятных последствий предпринимаемых природоохранных мероприятий на экосистему в целом и на отдельные ее компоненты, принятия оперативных решений по их корректировке в зависимости от внешних условий.
Междисциплинарные исследования. Интегральные функциональные возможности ГИС в наиболее явном виде проявляются и благоприятствуют успешному проведению совместных междисциплинарных исследований, обеспечивая объединение и наложение друг на друга любых типов данных. К подобным исследованиям относятся: анализ взаимосвязей между здоровьем населения и разнообразными (природными, демографическими, экономическими) факторами; количественная оценка влияния параметров окружающей среды на состояние локальных и региональных экосистем; выявление численности и плотности ареалов распространения редких и исчезающих видов растений в зависимости от высоты местности, угла наклона и экспозиции склонов.
Экотуризм. Возможность быстрого создания привлекательных, красочных и в то же время качественных профессионально составленных карт делает ГИС идеальным средством создания рекламных и обзорных материалов для вовлечения публики в быстро развивающуюся сферу экотуризма. Характерной чертой экотуристов является глубокая заинтересованность в подробной информации о природных особенностях данной местности или страны, о происходящих в природе процессах, об экологическом состоянии территории. Среди этой довольно многочисленной группы людей большой популярностью пользуются созданные с помощью ГИС научно-образовательные геоэкологические карты.
Контрольные вопросы
1. Как сказалось применение ГИС-технологий на развитии геоэкологического картографирования?
2. Расскажите о функциях ГИС.
3. Как используются ЦМР в экологическом картографировании?
4. Каковы основные направления применения ГИС-технологий в геоэкологическом картографировании?